1 工程概述

臨金高速公路臨安至建德段工程起于浙皖交界的千秋關(guān)，全線長24.1 km，該項(xiàng)目橋梁上部結(jié)構(gòu)采用T 梁，采用預(yù)制裝配化施工。 T 梁預(yù)制施工包含前期的預(yù)制場地建設(shè)、臺(tái)座施工、模板的設(shè)計(jì)制作及安裝、鋼筋骨架安裝、預(yù)埋件安裝及混凝土澆筑[1]等。其中模板的安拆時(shí)間相較于單榀T 梁施工周期占比較大，模板的結(jié)構(gòu)形式也決定了合模的效率、精確度以及拆模后混凝土的表觀質(zhì)量。 傳統(tǒng)預(yù)制T 梁模板普遍存在安拆效率低、變形較大、拆模后預(yù)制件結(jié)構(gòu)邊角破損嚴(yán)重等共性問題。 軌道自行式液壓模板誕生后在一定程度上解決了施工效率低、質(zhì)量差的難題，但需要較大的預(yù)制場地，液壓模板系統(tǒng)行走軌道需提前埋設(shè)且精度要求較高。 無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板相較于軌道自行式液壓模板， 有效解決了軌道埋設(shè)的弊端，預(yù)制施工場地大大減小，施工效率也有所提高。

2 液壓模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 液壓模板比選

傳統(tǒng)的模板系統(tǒng)需逐塊拼裝，預(yù)制T 梁模板安、拆時(shí)需耗費(fèi)較多時(shí)間，混凝土澆筑完成，T 梁模板拆除后邊角破損率較高、表觀質(zhì)量較差。 該領(lǐng)域液壓模板系統(tǒng)的出現(xiàn)有效地解決了這個(gè)問題，整體脫模合模，在降低結(jié)構(gòu)邊角破損率的同時(shí)提高施工工效。 當(dāng)前常用的液壓模板為軌道自行式液壓模板系統(tǒng)，該液壓模板系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)、外模板、行走軌道[2]，能夠在一定程度上提高施工效率和施工質(zhì)量， 但是該液壓模板需提前進(jìn)行行走軌道埋設(shè)，占用的場地較大，且行走軌道易發(fā)生變形和油污污染。 無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板能夠很好地解決了這些問題，采用行走滾輪替換軌道，無須橫向頂推裝置即可進(jìn)行橫向位置的調(diào)整，方便快捷、節(jié)省預(yù)制空間。

2.2 液壓模板系統(tǒng)組成及工作原理

1）型鋼組合臺(tái)座。 采用I32 型鋼作為主承重結(jié)構(gòu)，沿臺(tái)座長度方向50 cm 等間距布設(shè)， 工字鋼上面鋪[10 型鋼作分配梁，最上面鋪8 mm 厚鋼板作底模板；拉桿從主承重結(jié)構(gòu)之間穿過，主承重結(jié)構(gòu)底部切圓形剖口方便噴淋設(shè)備安裝。

2）模扇整體式行走系統(tǒng)。 行走系統(tǒng)用桁架連成整體，橫梁處底部鋼模不斷開；采用行走滾輪進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，方便模板位置調(diào)整。 在臺(tái)座和模板上標(biāo)記合模線，確保制梁精度。

3）組合式液壓千斤頂頂升機(jī)構(gòu)。 單側(cè)模板內(nèi)側(cè)主動(dòng)輪處采用20 t 千斤頂（共2 個(gè)），其余采用10 t 千斤頂（共8 個(gè)），實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)受力比外側(cè)受力大時(shí)的均衡受力；一機(jī)多頂，確保頂升的同步性；30 m 預(yù)制T 梁和液壓模板系統(tǒng)共重約120 t， 每側(cè)液壓模板承載約60 t。 單側(cè)液壓千斤頂額定荷載總和10×8+20×2=120 t，滿足承載能力要求。內(nèi)側(cè)承載能力較大，滿足均衡受力的要求。 行走機(jī)構(gòu)和頂升系統(tǒng)均由同一遙控來操控，同步性高、可操作性強(qiáng)。

4）槽鋼組合桁架。 橫肋采用[10 型鋼，根據(jù)T 梁外輪廓尺寸均勻分布。 豎肋采用[12 型鋼，間隔1.0 m 分布。

5）鋼模和拉桿。 根據(jù)模板結(jié)構(gòu)剛度和施工現(xiàn)場材料儲(chǔ)備情況，采用8 mm 厚鋼模。 合模后兩側(cè)預(yù)制T 梁液壓模板采用M20 螺紋拉桿緊固，增強(qiáng)模板系統(tǒng)的整體性。

2.3 液壓模板結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

一片T 梁的側(cè)模由4 個(gè)間隔、5 個(gè)橫隔板組成，每一模扇由側(cè)面板、橫肋、豎肋組成[3]。 模扇基本長度7.2 m，橫面板為8 mm 的鋼板，支撐模面板的橫肋為[10 型鋼、豎肋為[12.6 型鋼。橫肋8 道間距不等，豎肋7 道間距1.0 m。梁高H=2.0 m，混凝土重度γ=25 kN/m3，振搗半徑R1=1.5 m，當(dāng)H＜2R1時(shí)，最大側(cè)壓力：P=50 kPa。 混凝土黏著力為20 kPa，黏著剪力為10 kPa。

2.3.1 面板計(jì)算

（1）面板厚度δ 選定。 一般厚度為其跨徑的1/100 且不小于6~8 mm，本鋼模最大間距l(xiāng)=1 000 mm，故δ=l/100=10 mm，考慮鋼模為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，受鋼材規(guī)格限制，采用厚度8 mm 的鋼模作為模面板。（2）進(jìn)行模面板上豎肋處側(cè)壓力的荷載計(jì)算。（3）模面板強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算。 取豎肋間距1 000 mm，橫肋間距300 mm 時(shí)模板側(cè)壓力最大的情況進(jìn)行受力驗(yàn)算：模面板厚度8 mm，豎肋間距1 000 mm，橫肋間距300 mm。 按單向板計(jì)算， 板寬按1 m 計(jì)。 計(jì)算得彎曲應(yīng)力σmax=34.58 MPa＜[σw]=181 MPa，最大撓度fmax=0.03 cm＜0.15 cm（容許）。 模板厚度滿足要求。

2.3.2 橫肋的計(jì)算

1）求均布荷載。計(jì)算跨徑取最大豎肋間距100 cm，各肋的最大均布荷載計(jì)算為1.1 kN/m。

2）強(qiáng)度驗(yàn)算。 跨中最大彎矩按簡支梁計(jì)算：橫肋采用[10型鋼，截面慣性矩I=198 cm4，截面系數(shù)W=39.7 cm3。 σmax=38.4 MPa＜[σw]=181 MPa。

3）剛度驗(yàn)算。 最大撓度fmax=0.035 cm=0.35 mm＜3 mm，強(qiáng)度剛度均滿足要求。

2.3.3 豎肋的計(jì)算

按同樣的方式求橫肋支承在豎肋上傳遞的反力， 以均布荷載的最大值進(jìn)行強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算，均滿足要求。

2.3.4 拉桿驗(yàn)算

混凝土對(duì)側(cè)模最大壓力為50 kPa， 采用M20 螺紋拉桿，拉桿橫向間距為1.0 m。

每扇模側(cè)壓力之和：F=50 000×7.2×2.0/2=360 000 N。

每扇模共8×2=16 根拉桿，單根拉桿平均力F1=360 000/16≈22 500 N＜38 200 N。

拉桿選擇滿足力學(xué)性能要求。

3 液壓模板應(yīng)用及效益分析

3.1 液壓模板應(yīng)用

模板安裝是T 梁預(yù)制的一個(gè)重要工序， 液壓模板在施工成本、 生產(chǎn)周期等諸多方面相較于傳統(tǒng)模板有著較大優(yōu)勢[4]。液壓模板在鋼筋骨架安裝完成后合模， 混凝土澆筑完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行拆模， 傳統(tǒng)施工工法在合模拆模上花費(fèi)較多時(shí)間， 無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板的設(shè)計(jì)和研究應(yīng)用大大縮短了合模拆模時(shí)間，圖1 為液壓模板工作示意圖，其生產(chǎn)應(yīng)用從以下幾個(gè)步驟展開：

圖1 液壓模板工作示意圖

1）預(yù)制T 梁臺(tái)座兩側(cè)的自行式液壓模板架分別由千斤頂支撐，兩側(cè)模板之間設(shè)置對(duì)拉桿，進(jìn)行鋼筋安裝、混凝土澆筑，完成一片梁的制梁工序；

2）混凝土澆筑完成達(dá)到拆模強(qiáng)度后，先拆除對(duì)拉桿，T 梁橫隔板端部螺栓解除，將頂升油缸收縮，使主動(dòng)輪和被動(dòng)輪脫離地面，然后用頂推油缸頂推橫隔板達(dá)到脫模效果，主動(dòng)輪和被動(dòng)輪落至地面，此時(shí)模板架已全部脫離梁體；

3）啟動(dòng)液壓泵站，使主動(dòng)輪和被動(dòng)輪橫向行走，位于兩個(gè)T 梁臺(tái)座中間；

4）提升主動(dòng)輪，脫離地面，啟動(dòng)液壓機(jī)構(gòu)，使主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)90°，頂升油缸頂升使被動(dòng)輪脫離地面，將被動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)90°，啟動(dòng)行走系統(tǒng)，利用主動(dòng)輪縱向行走至下一個(gè)預(yù)制T 梁臺(tái)座；

5）縱向位置調(diào)整完成后，依次橫移、頂升，調(diào)整至模板位置，進(jìn)入下一個(gè)制梁循環(huán)[5-6]。

3.2 液壓模板效益分析

液壓模板因其較大的優(yōu)勢越來越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中， 針對(duì)現(xiàn)有的T 梁預(yù)制軌道自行式液壓模板所暴露出的弊端進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 研究制造出的無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板已正常投產(chǎn)使用，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，從施工效率、安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行效益分析，表1 為液壓模板效益分析表。

表1 液壓模板效益分析表

4 結(jié)論

通過對(duì)預(yù)制T 梁液壓模板設(shè)計(jì)研究， 針對(duì)軌道自行式液壓模板的施工弊端進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 對(duì)液壓模板系統(tǒng)各組成構(gòu)件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、成本投入等方面的計(jì)算分析，得出如下結(jié)論。

1）無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板相較于軌道自行式液壓模板，施工效率大致相同，但后者不可控因素較多。 相較于傳統(tǒng)T 梁模板安拆，無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板能夠在模板安裝、模板拆除工序上將工效提高到原來的3 倍。

2）無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板相較于軌道自行式液壓模板，具有同等的安全系數(shù)。

3）無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板比軌道自行式液壓模板環(huán)保性好。

4）無軌全自動(dòng)移動(dòng)液壓模板比軌道自行式液壓模板投入的費(fèi)用較少。